手性分子介绍

PhH2CCOOHH2NH(S)-PhenylalanineBittertasteHOOCCH2PhHNH2(R)-PhenylalanineSweettaste“苦”“甜”在许多情况下，化合物的一对对映体在生物体内的药理活性、代谢过程、代谢速率及毒性等存在显著的差异。HNCHCl2OHOOHO2N氯霉素(R)-form,有效异构体(S)-form,无效异构体ONHMeClKetamine(S)-form,麻醉剂(R)-form,致幻剂HSOHNH2OPenicillamine(S)-form,治疗关节炎(R)-form,突变剂NHHNOHOHEthambutol(S)-form,治疗结核病(R)-form,致盲*******NNHOOOOThalidomide(R)-form,镇静剂(S)-form,严重致畸手性分子以三维空间研究物质的结构和性质的化学称为立体化学。一、手性分子和对映异构OHCOOHHCH3OHCOOHHCH3手性：一个物体若与其镜像不能重合，称这个物体具有手性；也叫手征性不能与自身镜像重合的分子称为手性分子。一个分子是否具有手性与其对称性有关：1）对称面若有一个平面把分子分成两半，这两半是实物与镜像的关系，则此平面是分子的对称面。用σ表示。ClCHClHClCHClH2）对称中心若分子中有一点，从分子中的任一原子或基团出发，向该点引一直线，若在距该点等距离处，有一相同的原子或基团，这点是对称中心，用i表示。CH3ClHCH3ClHHHi凡是分子中具有对称面或对称中心的分子一般是非手性分子；反之分子具有手性。凡是手性分子必有互为镜像的两种构型，互为镜像的两种构型的异构体叫做一对对映体。这种立体异构称为对映异构。注意：要把一种构型转变成它的对映异构体，必须断裂分子中的化学键，然后对调两个基团的位置。二、旋光性和比旋光度一对对映体，它们的一般物理性质（如：熔沸点、密度、折光率、在非手溶剂中的溶解度以及光谱性质）相同，但它们对偏振光的作用不同。1）偏振光普通光线尼克尔棱镜平面偏振光2）旋光性能使偏振光发生偏转的性质，称为旋光性；具有这种性质的物质，称为旋光性物质（光活性物质）；反之为非光活性物质。使偏振光振动方向旋转的角度称为旋光度，用α表示。使偏振光振动方向向左旋称为左旋体，用“－”表示；向右旋的称为右旋体，用“+”表示。介质注：①凡是手性分子，都有旋光性；非手性分子无旋光性②一对对映体对偏振光的作用正好相反，一个使偏振光左旋，一个使之右旋，旋光度数值相等。3）旋光性的测量用旋光仪进行测量。ABCDAA'B'D'A'乳酸旋光性物质α目镜（亮）起偏镜检偏镜盛液管α旋光仪中读到的旋光度；l盛液管的长度；（dm）C溶液的浓度；（g/ml）比旋光度与入射光的波长、温度有关，如葡萄糖：4）比旋光度Clt5.5225D三、构型的表示方法1）球棒模型2）透视式（或伞形式）“楔前虚后实平面”OHCOOHHCH3OHCOOHHCH3C透视式3）菲舍尔（Fischer）投影式投影规则：①手性碳放在纸面上，②伸向纸面前方的键放在横键上，伸向纸面后方的键放在竖键上；③主链竖着写，命名时编号小的碳在最上方。HOCOOHHCH3注：1）不能任意调换两基团的位置，2）将投影式在纸面内平移或转动180°时，分子构型保持不变；3）离开纸面翻转180°或在纸面内旋转90°的奇数倍，构型反转。四、构型的标记1）D-L标记法——相对构型标记HOCHOHCH2OHOHCHOHCH2OHD-（+）-甘油醛L-（-）-甘油醛HOCOOHHCH3OHCOOHHCH3L-(+)-乳酸D-(-)-乳酸注：D、L与左右旋无关，D、L表示相对构型；而左、右旋通过旋光仪测定结果。2)R-S标记法——绝对构型标记法：2)R-S标记法——绝对构型标记法若abcd,d在离视线最远处；若abc为“顺”——R型若abc为“逆”——S型CabcdCabcdS-R-COOHHCH3COHOH.COOHCH3HR-乳酸（R-2-羟基丙酸）abcd如果：abcdd在横键上S-R-abcdabcd顺时针：S-逆时针：R-S-abcdd在竖键上顺时针：R-逆时针：S-R-在菲舍尔投影式练习：1、用R-S标记法给下列化合物命名ClCCH3COOHHHOC2H5HCH3ClCCH3COOHHBrClCCH3HNH2CH2OCH3HCH31)2)3)4)5)答案：1）R-2-氯丙酸，2）S-2-氨基丙酸，3）S-1-氯-1-溴乙烷。4）R-1-甲氧基-2-氯丙烷，5）S-2-羟基丁烷HClH3CCH3BrHClCH3HHBrCH3HBrCH3ClCH3HHBrCH3ClCH3HCH3CH3ClHBrH构型表示法的互换五、含一个手性碳原子化合物的对映异构1、手性碳：常用“*”表示CH3CHCOOHOH*含有一个手性碳原子的化合物，一定是手性分子。有一对对映体，其中一个是左旋，一个是右旋。如乳酸:[α]D15=+3.8°，[α]D15=-3.8°外消旋体：等量的左、右旋体的混合物注意：①外消旋体没有旋光性；②外消旋体与其左、右旋体的物理性质不同；③一般的物理方法不能分离外消旋体。六、含多个手性碳原子化合物的对映异构体B(R)A(S)A(R)B(S)A(R)B(R)A(S)B(S)对映体对映体非对映体分子中含有n个手性碳的化合物，最多有2n个对映异构体，有2n-1对对映异构体。2-羟基-3-氯丁二酸（氯代苹果酸）HOOCCHCHCOOHClOH**COOHHOHClHCOOHCOOHHOHHCOOHClCOOHHOHClHCOOHCOOHOHClHCOOHH(Ⅰ)2R,3R-(Ⅱ)2S,3S-(Ⅲ)2R,3S-(Ⅳ)2S,3R-表3-8氯代苹果酸的物理性质ⅠⅡ（2R，3R）-（2S，3S）--31.3°(乙酸乙酯)+31.3°(乙酸乙酯)173173外消旋体146ⅢⅣ（2R，3S）-（2S，3R）--9.4°（水）+9.4°（水）167167外消旋体153熔点（℃）构型异构体[α]D25℃2,3-二羟基丁二酸(酒石酸)：COOHOHHOHCOOHOHHOHCOOHHCOOHHOHCOOHHCOOHHOHOHCOOHHCOOHHOH（2S,3S)-（2S,3R）象这种分子中含有两个或两个以上手性碳，却不是手性分子，因而也没有旋光性的化合物，称为内消旋体。HOOCCHCHCOOHOHOH**(2R,3R)-表3-9酒石酸的物理性质熔点℃170+12°1391．7602．934．32170-12°1391．7602．934．32140无1251．6673．114．80206无20．61．6802．964．24（2R,3R）2S,3SMeso-酸（±）-酸pKa1pKa2[α]D25℃溶解度g(100g水)-1相对密度（20℃）酒石酸讨论：内消旋体与外消旋体的异同：1）二者都无旋光性；2）内消旋体是纯的非手性物质，而外消旋体是一对对映体的等量混合物；3）内消旋体不可拆分，而外消旋体可拆分。HOH2CCOOHHHCOOHHOH2CHHHOOCHHCH2OHHOOCHHCH2OH七、环状化合物的对映异构常常同时有顺反异构和对映异构1）判断顺反异构，2）判断手性；3）讨论对映异构如：2-羟甲基环丙烷-1-羧酸**HOOCCOOHHHCOOHHOOCHHHOOCHHCOOH内消旋体环丙烷二羧酸八、不含手性碳的手性分子1、丙二烯型化合物C=C=CCH3HCH3H2、连苯型化合物ClClCOOHHOOCCOOHClClHOOC九、外消旋体的拆分(1)机械拆分法(2)微生物拆分法(3)选择吸附拆分法(4)诱导结晶拆分法(5)化学拆分法小结：1、理解手性、旋光性、对映异构的概念2、熟练掌握构型的标记方法3、熟练掌握构型式的透视式和菲舍尔投影式之间的相互转化。